Номер 7, страница 154 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 22. Получение и применение металлов. Коррозия металлов. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 7, страница 154.

Условие.

7. Подготовьте сообщение о способах защиты металлов от коррозии, используя дополнительную литературу и Интернет.

Решение.

Решение 2.

Коррозия представляет собой процесс разрушения металлов и сплавов из-за их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Этот процесс приводит к огромным экономическим потерям и может создавать угрозу безопасности. Для борьбы с коррозией разработан комплекс мер и способов защиты, которые можно разделить на несколько основных групп.

1. Защитные покрытия

Это наиболее распространенная группа методов, основанная на создании на поверхности металла барьерного слоя, который изолирует его от агрессивной среды. Покрытия делятся на неметаллические и металлические.

Неметаллические покрытия:

• Лакокрасочные материалы (ЛКМ): краски, эмали, лаки и грунтовки. Они создают на поверхности прочную пленку, препятствующую контакту металла с влагой и кислородом. Это один из самых доступных и универсальных методов, позволяющий также придавать изделиям декоративный вид.

• Полимерные покрытия: нанесение слоев пластмасс (полиэтилен, ПВХ, фторопласт) обеспечивает высокую химическую стойкость и долговечность защиты.

• Оксидные и фосфатные пленки: создание на поверхности металла тонких, но прочных пленок оксидов или солей (фосфатов). Этот процесс называется пассивацией. Примеры: воронение стали (создание пленки $Fe_3O_4$), анодирование алюминия и его сплавов (создание толстой оксидной пленки $Al_2O_3$), фосфатирование (обработка растворами фосфатов для улучшения адгезии ЛКМ и повышения коррозионной стойкости).

Металлические покрытия:

Нанесение на поверхность защищаемого изделия слоя другого металла. В зависимости от соотношения электрохимических потенциалов основного металла и покрытия, они бывают анодными и катодными.

• Анодные покрытия: металл покрытия более электроотрицателен (более активен), чем защищаемый металл. Классический пример — оцинковка стали. В случае повреждения покрытия цинк, как более активный металл, будет корродировать (выступать анодом), а сталь (катод) будет защищена. Этот эффект называется протекторной защитой. Процесс на аноде (цинке): $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$.

• Катодные покрытия: металл покрытия менее активен (более электроположителен), чем защищаемый. Например, покрытие стали оловом (лужение) или никелем. Такое покрытие защищает сталь только механически, изолируя ее от среды. Однако при появлении царапины или поры образуется гальваническая пара, в которой защищаемый металл (сталь) становится анодом и разрушается даже быстрее, чем без покрытия. Процесс на аноде (стали): $Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-$.

2. Электрохимическая защита

Этот метод основан на изменении электродного потенциала защищаемого объекта, что делает его невосприимчивым к коррозионному разрушению.

• Катодная защита: потенциал защищаемого объекта (трубопровод, корпус судна, свая) смещают в отрицательную сторону, превращая всю его поверхность в катод. Этого достигают двумя способами: присоединением "жертвенных" анодов (протекторов) из более активного металла (магния, цинка, алюминия) или подключением к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока.

• Анодная защита: применяется для защиты металлов, способных к пассивации (нержавеющие стали, титан). Объект подключают к положительному полюсу внешнего источника тока, смещая его потенциал в область пассивного состояния, где на поверхности образуется устойчивая защитная пленка.

3. Изменение свойств коррозионной среды

Метод заключается в снижении агрессивности среды, контактирующей с металлом.

• Применение ингибиторов коррозии: введение в среду специальных веществ, которые замедляют или прекращают коррозионные процессы. Ингибиторы бывают анодными (пассиваторы, например, нитриты, хроматы), катодными (образуют пленки на катодных участках) или смешанного действия. Летучие ингибиторы используются для защиты изделий от атмосферной коррозии в замкнутых пространствах (например, при упаковке и транспортировке).

• Удаление агрессивных компонентов: снижение концентрации компонентов среды, вызывающих коррозию. Например, удаление растворенного кислорода из воды (деаэрация) или осушение воздуха.

4. Легирование и создание коррозионностойких сплавов

Один из самых эффективных способов — это создание материалов, изначально устойчивых к коррозии. Путем введения в состав металла специальных легирующих элементов (хром, никель, молибден, титан и др.) создают сплавы с высокой коррозионной стойкостью. Самый известный пример — нержавеющая сталь, в которой высокое содержание хрома (более 12%) приводит к образованию на поверхности самовосстанавливающейся пассивной пленки оксида хрома $Cr_2O_3$.

5. Рациональное конструирование

Правильное проектирование металлических конструкций позволяет избежать условий, способствующих развитию коррозии.

• Исключение щелей, зазоров и "карманов", где может застаиваться влага и накапливаться грязь.

• Обеспечение хорошего дренажа и вентиляции конструкции.

• Предотвращение контакта разнородных металлов для исключения гальванической коррозии или использование изолирующих прокладок.

• Создание гладких, обтекаемых форм для облегчения очистки и нанесения защитных покрытий.

Ответ: Для защиты металлов от коррозии применяют комплексные методы, которые включают: нанесение защитных покрытий (лакокрасочных, полимерных, металлических), электрохимическую защиту (катодную и анодную), изменение свойств агрессивной среды (использование ингибиторов, деаэрация), создание коррозионностойких сплавов (легирование) и рациональное конструирование изделий с целью минимизации коррозионных рисков.